CN102549216A - 纸用施胶剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于纸的表面施胶的浆料，其含有阴离子光学增白剂和由阳离子聚合物分散体和阳离子或两性烷基烯酮二聚体分散体或乳液形成的混合物作为施胶剂，和所述浆料用于将纸表面施胶的用途，以及施胶方法。

Description

纸用施胶剂
技术领域
本发明涉及将纸、纸板和卡纸的表面施胶的方法。
背景技术
纸是具有典型的极性、强亲水性特征的含纤维素的纤维复合材料，也就是说，它可以容易地被水性体系润湿和溶胀。当书写和印刷时，以及当加工纸时，这导致水及其它液体(例如油墨、印刷油墨)过度和不受控制地渗入纤维网幅。由此产生的问题尤其包括内纤维粘接力的削弱、机械性能的劣化、尺寸稳定性降低和非常差的可书写性和可印刷性。
为了控制润湿和渗透行为，采用所谓的施胶剂，其经由部分疏水化抵抗上述行为。这些助剂既可以添加到水性纤维素纸浆中(内施胶)，又可以经由使用合适的涂布系统例如施胶压机、膜压机、涂覆机等，对已经形成的纸幅进行表面处理(表面施胶)而进行施加。对于一定类型的纸，联合使用这两种方法。
在表面施胶中，通常，使用涂布系统施加水性浆料(Flotten)制剂，该制剂由(降解的)淀粉和表面施胶剂组成并且还可含有其它添加剂，例如聚乙烯醇、染料、颜料、盐和光学增白剂。常用类型的淀粉包括，例如，马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉或木薯淀粉，它们可以在其使用之前利用造纸人员已知的方法预处理。这些方法包括氧化、热化学或酶催化降解法，利用这些方法主要调节分子量和因此调节粘度。淀粉还可以经化学改性，例如通过阳离子化或烷基化而化学改性。
根据现有技术，聚合物主要用作表面施胶剂，它们既可以以溶液形式存在，也可以以分散形式存在(乳液聚合物)。通常的是，例如，苯乙烯和马来酸酐的改性共聚物、甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯单体的共聚物、苯乙烯与丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯单体的共聚物、聚氨酯分散体，或丙烯腈的共聚物和接枝聚合物。所有这些施胶剂共同点在于它们含有亲水性和疏水性分子片段，其中所述亲水性部分还限定了所述聚合物的电荷。可以采用阴离子、两性、阳离子聚合物和原则上还有非离子聚合物。例如可提及EP 406 461、EP 357 866、EP 735 065、EP 701019和EP 320 609。
从经验出发，对于每一类型的表面施胶剂都存在优选的应用领域，其中当应用于不同类型的纸时，单个产品的有效性方面存在相当大的差异。产品选择还可能受另外使用其它助剂的必要性限制。可以采用该表面施胶剂制备的最重要的纸类型是包装纸和包装纸板以及图形纸。
典型的包装纸包括，例如，牛皮纸内衬、试验内衬和瓦楞原纸或瓦楞纸(Fluting)，需要它们用于制备瓦楞纸板包装(瓦楞纸板原纸)。新制纤维(未漂白的硫酸盐纸浆)，优选废纸，用作生产用的原材料。纸和纸板可以是灰色的，棕色的，或可以配备有浅色覆盖层(以白色覆盖的内衬)。作为另外的包装纸，使用各种其它纸和纸板类型用于许多应用目的，例如鞋盒、香烟包装、蜜饯盒子、果类托架、低温冷冻包装、饮料纸箱、速食托盘等等，仅为了提及一些少数情况。制备这些纸的原材料同样是新制纤维和废纸，这取决于类型。这些纸板也可以是灰色或白色的，经常在一面或两面上被涂覆，并且表面通常被准备用于印刷目的。
图形纸是用于书写、涂色和印刷的纸类型的通称。典型实例包括复印纸、胶版纸、教学用练习书、书写纸、日历、明信片、水彩画纸、报纸、杂志纸、广告增刊、目录、书印纸和其它很多。为此所使用的原材料包括机械纸浆、热机纸浆、再处理废纸等等。在很大程度上使用漂白纸浆。纸和纸板可以在一面或两面上被涂覆并且主要是白色的，但是例如，还可以是灰色或彩色的。白色背景是优选的以致改进整个外观以及印刷对比度和图像对比度。
″白度″通常通过使用所谓的″光学增白剂″加以支持，此外还主观上由此将其提高。它们一般包括均二苯代乙烯的二磺酸衍生物、四磺酸衍生物或六磺酸衍生物。它们主要用于表面，但是也用于湿区域。这些增白剂都带有极其高的阴离子电荷，其由分子上的磺酸根基团引起。
虽然阳离子光学增白剂也可商购，然而，它们昂贵几倍并因此对于大多数应用是不经济的。
原则上，阴离子和阳离子化合物之间存在不相容性，或至少是不利的相互影响。所述产品的组合导致凝聚物的形成，产生有害沉淀物，或所述成分干扰或相互抵消它们的有效性。因此，根据现有技术，仅阴离子、两性或弱阳离子施胶剂可以与阴离子光学增白剂结合用于表面施胶。所有这些比更强的阳离子施胶剂明显较不有效。
发明内容
上面提出的问题的解决方案由本发明通过使用特殊的产品组合进行纸的表面施胶而达到，其令人惊奇地首次允许使用阳离子施胶剂在阴离子光学增白剂存在下制备例如书写和印刷纸，同时维持阳离子施胶剂的已知的显著更高的效率且不会明显损害增白剂效果。这以完全出乎意料的方式通过将阳离子聚合物分散体与阳离子或两性烷基烯酮二聚体(AKD)分散体组合作为表面施胶剂而达到。
根据本发明，作为阳离子聚合物分散体，使用对于表面施胶已知的阳离子聚合物分散体。所述聚合物优选是乳液聚合物。优选的单体包括烯属不饱和化合物，例如苯乙烯，和含氮丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，例如胺烷基化丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。其优选是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物分散体。所使用的丙烯酸酯优选包括丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯和丙烯酸丁酯，其中丙烯酸丁酯是尤其优选的，更尤其是丙烯酸叔丁酯。所述共聚物进一步含有阳离子化丙烯酰胺基或甲基丙烯酰胺基，尤其是二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺基。烷基氨基优选是甲基。固体含量通常为25％至35％。例如，BK Giulini GmbH公司的可商购的产品K600，更尤其是K532，是尤其适合的。
根据本发明，典型的烷基烯酮二聚体分散体和乳液是适合的。它们含有带长链烷基(优选衍生自脂肪酸或脂肪酸衍生物)的内酯环。市场上可获得的AKD分散体主要差别在于制备中使用的脂肪酸，并因此在于不同熔点和所述烷基的有差别的链长度和支化。包含在大约40-50℃附近的凝固点的C16/C18烷基烯酮二聚体的混合物是广泛使用的。在更高温度下熔融的AKD基于更高级脂肪酸例如硬脂酸(C18)或山萮酸(C22)制备并应用于特种纸或在更高纸浆温度下使用。C18-AKD的熔点在55-60℃范围内，C22-AKD的熔点为大约58-65℃。液态AKD是基于油酸或异硬脂酸制备的。它具有的优点是，无蜡状沉积产生并且它引起在纸表面上更低的滑动性，因为不发生结晶型水解产物的迁移。液态AKD的缺点是与含直链烷基的产品相比降低的施胶效率。固体含量通常为10-25％。分散体或乳液还可以按本身是已知的方式含有其它添加剂，例如分散剂和/或稳定剂。阳离子或两性分散剂，例如阳离子淀粉、聚酰氨基胺树脂、聚二烯丙基二甲基氯化铵是优选的。可能的稳定剂特别是淀粉。
烷基烯酮二聚体分散体很长时间以来就已经在造纸中用作内施胶剂。它们也已经用于表面施胶，并且在那里它们与两性或弱阳离子聚合物结合。试图以纯形式在表面中使用的许多实验已经失败，多数原因在于难以控制施胶，直到达到最终施胶为止长的熟化时间，纸的高可滑动性，由水解产生的沉积物，及其它问题。令人惊奇地，AKD的这些不利性能可以在根据本发明的应用中显著地降低，以致可以另外利用它们的支持性的施胶作用。
根据本发明，由阳离子聚合物分散体和AKD分散体制备混合物。AKD的存储稳定性有利地也在这种混合物中得到显著地提高。这通常限于4-10周并改进到8-14周。阳离子聚合物分散体与AKD分散体的混合比(相对于重量)优选是90∶10-50∶50，更优选85∶15-70∶30，更加优选大约80∶20。
这种混合物以稀释或未稀释的形式作为施胶剂添加到含所述阴离子光学增白剂的浆料中。然而，还可以刚好在计量加入涂布体系中之前制备所述混合物。还可以将所述两种产品分开地添加到所述浆料中，然而在这种情况下，所希望的效果通常低得多。
除了表面施胶剂之外，根据本发明的浆料还含有淀粉和阴离子光学增白剂并可以含有其它自身已知的添加剂。特别地，在此应该提及聚乙烯醇、电解质、染料和颜料。淀粉，和任选的其它添加剂，与增白剂一样地按自身已知的浓度使用。应该指出的是，增白剂不显著地损害根据本发明的表面施胶剂的施胶作用，甚至在非常高的浓度下仍如此。
特别地，带磺酸基的均二苯代乙烯衍生物适合作为阴离子光学增白剂。优选的是二、四或六磺化均二苯代乙烯衍生物，更加优选的是二、四或六磺化的二氨基均二苯代乙烯，例如4，4′-二氨基-2，2′-均二苯代乙烯二磺酸。
根据本发明的表面施胶方法的特征在于，与作为施胶剂的阳离子聚合物分散体一起使用阴离子光学增白剂，这通过将所述聚合物分散体与所述烷基烯酮二聚体分散体或乳液混合而是可能的。在其他方面，表面施胶按已知的方式进行。例如，可以通过喷雾或利用自身已知的涂布系统例如施胶压机、膜压机、高速施胶器，以及在线或离线地使用涂覆系统而施加浆料。
将基于以下实施例描述本发明，然而不限于特别描述的实施方案。除非另有说明或除非由上下文强制地不同规定，百分比数据是指重量百分比，在有疑问的情况下相对于混合物的总重量。本发明还涉及优选的实施方案的所有组合，只要它们不彼此相互排斥。与数字数据结合的表述″大致″或″大约″意指包括至少高或低10％的值，或高或低5％的值，在任何情况下，高或低1％的值。
具体实施方式
实施例1
将商品名Perglutin K 532的阳离子聚合物分散体与阳离子烷基烯酮二聚体乳液按各种比例混合以形成表面施胶剂。调节以下阳离子聚合物分散体∶AKD的混合比：
a)95∶5，b)90∶10，c)80∶20和d)70∶30。
将由100％桉树硫酸盐纸浆和15％沉淀碳酸钙(PCC)制备的具有100g/m2的单位面积重量的未施胶原纸在得自Einlehner公司(Prüfmaschinenbau Augsburg)的具有淀粉浆料的在32m/min和3巴接触压力下的实验室施胶压机中浸渍。所述浆料在每种情况下含有7.5％酶催化降解的玉米淀粉并且其粘度在60℃下是33mPas。所述淀粉浆料在没有添加施胶剂的情况下的pH值是6.6。可商购的产品，更具体地说，四磺化二氨基均二苯代乙烯衍生物组中之一和六磺化二氨基均二苯代乙烯衍生物组中之一按25g/l的非常高的浓度用作光学增白剂。作为施胶剂，阳离子聚合物分散体以纯形式和以与AKD a)-d)的混合物形式按每种情况下7g/l的浓度用于浆料中。在已经用所述浆料改性之后，在转鼓式干燥机中在100℃下干燥纸2分钟并随后再在105℃下后处理10分钟。
然后，测定Cobb值、吸湿率和白度。Cobb值是纸的吸水性的量度。该值越低，施胶越好。根据DIN 20535(DIN EN 20535)测定Cobb值。使用得自Datacolor公司的Elrepho 2000根据标准DIN 53145/2测定白度。吸湿率NA([％])是由各纸的湿重(mf)和干重(mlutro)根据以下公式计算的
NA＝(mf＝mlutro)/mlutro×100
其中
NA＝吸湿率[％]
mf＝在浆料通过之后样品的湿重[g]
mlutro＝浆料通过之前样品的干重[g]。
所有纸的吸湿率是54％。
测得的Cobb值和白度值归纳在表1和2中：
表1
表2
Figure BDA0000134029810000072
从所述表可以看出，当添加10％AKD分散体时，阴离子增白剂对阳离子聚合物分散体的施胶作用的不利作用就已经显著地减小。没有发生白度损失。
实施例2
通过搅拌添加将商品名Perglutin K 532的阳离子聚合物分散体与阳离子烷基烯酮二聚体乳液按80∶20的比例混合。将根据本发明的这种混合物与阳离子聚合物分散体Perglutin K 532、阴离子聚合物分散体Perglutin A 288和无促进剂的阳离子烷基烯酮二聚体乳液相比较。为此，将由100％桉树硫酸盐纸浆和15％沉淀碳酸钙(PCC)制备的具有100g/m2的单位面积重量的未施胶原纸在得自Einlehner公司(Prüfmaschinenbau Augsburg)的具有淀粉浆料的在32m/min和3巴接触压力下的实验室施胶压机中浸渍。所述浆料含有7.5％酶催化降解的玉米淀粉并且其粘度在60℃下是34mPas。所述淀粉浆料在没有添加施胶剂的情况下的pH值是6.9。作为光学增白剂，按25g/l的非常高的浓度使用得自四磺化二氨基均二苯代乙烯衍生物组的可商购产品。作为施胶剂，上述产品按每种情况下7g/l的浓度用于浆料中。然而，按1.4g/l的浓度将所述阳离子烷基烯酮二聚体乳液添加到所述浆料中。所有纸的吸湿率是47％。在已经用所述浆料改性之后，在转鼓式干燥机中在100℃下干燥纸2分钟并随后再在105℃下后处理10分钟。
测得的Cobb值和白度归纳在表3中：
表3
Figure BDA0000134029810000081
结果非常清楚地表明根据本发明的组合的优异效果。按等量浓度的阳离子产品本身和典型的阴离子施胶剂，以及AKD分散体都不显示甚至仅近似可比地好的结果。
实施例3
通过搅拌添加将商品名Perglutin K 532的阳离子聚合物分散体与阳离子烷基烯酮二聚体乳液按80∶20的比例混合。将这种混合物与阳离子聚合物分散体Perglutin K 532和阴离子聚合物分散体Perglutin A 288相比较。将由60％桉树硫酸盐纸浆、40％松树硫酸盐纸浆和22％沉淀碳酸钙(PCC)制备的具有150g/m2的单位面积重量的未施胶原纸板在得自Einlehner公司(PrüfmaschinenbauAugsburg)的具有淀粉浆料的在32m/min和3巴接触压力下的实验室施胶压机中浸渍。所述浆料含有8％酶催化降解的玉米淀粉并且其粘度在60℃下是22mPas。所述淀粉浆料在没有添加施胶剂的情况下的pH值是6.7。作为光学增白剂，按10g/l的浓度使用得自四磺化二氨基均二苯代乙烯衍生物组的可商购产品。作为施胶剂，上述产品以纯形式按每种情况下12g/l的浓度用于浆料中。所有纸的吸湿率是75％。在已经用所述浆料改性之后，在转鼓式干燥机中在100℃下干燥纸2分钟并随后再在105℃下后处理10分钟。
测得的Cobb值和白度归纳在表4中：
表4
结果非常清楚地表明根据本发明的表面施胶剂的优异效果。按等量浓度的阳离子产品本身和典型的阴离子施胶剂都不显示甚至仅近似可比地好的结果。
实施例4
通过搅拌添加将商品名Perglutin K 532的阳离子聚合物分散体与阳离子烷基烯酮二聚体乳液按80∶20的比例混合。将这种混合物与阳离子聚合物分散体Perglutin K 532、阳离子聚合物分散体EKA SP CE28(Eka Chemicals)、阳离子聚合物分散体Basoplast 270D(BASF)和其与阳离子烷基烯酮二聚体乳液Basoplast 2030LC(BASF)和Keydime 28HS(Eka Chemicals)的80∶20混合物相比较。将由100％桉树硫酸盐纸浆和15％沉淀碳酸钙(PCC)制备的具有100g/m2的单位面积重量的未施胶原纸在得自Einlehner公司(PrüfmaschinenbauAugsburg)的具有淀粉浆料的在32m/min和3巴接触压力下的实验室施胶压机中浸渍。所述浆料含有7.5％酶催化降解的玉米淀粉并且其粘度在60℃下是33mPas。所述淀粉浆料在没有添加施胶剂的情况下的pH值是6.8。作为光学增白剂，按25g/l的非常高的浓度使用得自六磺化二氨基均二苯代乙烯衍生物组的可商购产品。作为施胶剂，上述产品按每种情况下7g/l的浓度用于浆料中。吸湿率是60％。在已经用所述浆料改性之后，在转鼓式干燥机中在100℃下干燥纸2分钟并随后再在105℃下后处理10分钟。
测得的Cobb值和白度归纳在表5中：
表5
Figure BDA0000134029810000111
所述比较表明根据本发明的与AKD的组合允许在研究的所有体系情况下在阴离子增白剂存在下实现有效施胶。

Claims (16)

1.用于纸的表面施胶的浆料，其包含淀粉和至少一种阴离子光学增白剂，其特征在于包含由至少一种阳离子聚合物分散体和至少一种阳离子和/或两性烷基烯酮二聚体分散体或乳液形成的混合物作为施胶剂。
2.根据权利要求1的浆料，其特征在于所述阳离子聚合物分散体与所述烷基烯酮二聚体分散体或乳液的重量比为90∶10-50∶50，优选85∶15-70∶30，更优选大约80∶20。
3.根据权利要求1或2的浆料，其特征在于所述阳离子聚合物分散体是包含疏水性烯属不饱和单体和阳离子烯属不饱和单体的乳液共聚物。
4.根据权利要求1-3中至少一项的浆料，其特征在于所述阳离子聚合物分散体是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物分散体，其中所述共聚物含有二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺单体。
5.根据权利要求1-4中至少一项的浆料，其特征在于所述烷基烯酮二聚体分散体或乳液含有分散剂和/或稳定剂。
6.根据权利要求1-5中至少一项的浆料，其特征在于所述增白剂是带磺酸基的均二苯代乙烯衍生物。
7.根据权利要求1-6中至少一项的浆料，其特征在于所述浆料包含其它常用的添加剂，该添加剂选自聚乙烯醇、电解质、染料和颜料。
8.将纸的表面施胶的方法，其特征在于所述施胶使用根据权利要求1-7中任一项的浆料进行。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于通过喷雾或利用施胶压机或膜压机或高速施胶器，或在线或离线使用涂覆系统，将所述浆料施加于纸幅上。
10.由至少一种阳离子聚合物分散体和至少一种烷基烯酮二聚体分散体或乳液形成的混合物用作纸表面施胶用的施胶剂的用途，其中所述浆料含有阴离子光学增白剂。
11.根据权利要求10的用途，其特征在于所述阳离子聚合物分散体与烷基烯酮二聚体分散体或乳液的重量比为90∶10至50∶50，优选85∶15至70∶30，更优选大约80∶20。
12.根据权利要求10或11的用途，其特征在于所述阳离子聚合物分散体是包含疏水性烯属不饱和单体和阳离子烯属不饱和单体的乳液共聚物。
13.根据权利要求10-12中至少一项的用途，其特征在于所述阳离子聚合物分散体是苯乙烯-丙烯酸酯共聚物分散体，其中所述共聚物含有(甲基)丙烯酰胺单体。
14.根据权利要求13的用途，其特征在于所述(甲基)丙烯酰胺单体是二烷基氨基(烷基)(甲基)丙烯酰胺单体，更优选二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺单体。
15.根据权利要求10-14中至少一项的用途，其特征在于所述烷基烯酮二聚体分散体或乳液含有分散剂和/或稳定剂。
16.根据权利要求10-15中至少一项的用途，其特征在于所述增白剂是带磺酸基的均二苯代乙烯衍生物。
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